MOSFET及IGBT的驅(qū)動電路

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯MOSFET及IGBT的驅(qū)動電路 功率MOSFET柵極驅(qū)動電路 功率MOSFET是場控型電力電子器件，它與前述SCR及GTO等電流掌握型器件不同，門極為柵極，輸入阻抗很高，驅(qū)動電路相對簡潔得多。另外，由于MOSFET結(jié)電容形成的極間電容較大，因此MOSFET的柵極輸入端相當于一個電容性負載，在管子導通時需要注入肯定的電容充電電流，在導通后由于電場已建立，就不再需要驅(qū)動電流了。 功率MOSFET的柵極驅(qū)動電路有多種形式，以驅(qū)動電路與柵極的連接方式來分，有直接驅(qū)動與隔離驅(qū)動兩種。 柵極直接驅(qū)動電路是最簡潔的一種形式，由于功率MOSFET的的輸入阻抗很高，所以可以

2、用TTL器件或CMOS器件直接進行驅(qū)動。圖1是兩種直接驅(qū)動的柵控電路。 圖1 圖1（a）所示柵控電路是利用晶體管T的放大作用，使充電電流放大，加快了電場的建立，提高了MOSFET的導通速度。而圖1（b）是推挽式直接驅(qū)動電路，兩個晶體管T1和T2都使信號放大，提高了電路的工作速度，同時它們是作為射極輸出器工作的，所以不會消失飽和狀態(tài)，因此信號的傳輸無延遲。 柵極隔離驅(qū)動方式分電磁式隔離和光電式隔離，由此構(gòu)成兩類不同的柵極驅(qū)動電路。其中用脈沖變壓器隔離的柵極驅(qū)動電路如圖2所示。 圖2 圖2中的輸入信號為高電平（on）時，T1導通，脈沖變壓器的次邊輸出正脈沖，使T2導通，T3也立即導通。T3的導通又

3、保證T2在輸入正脈沖時連續(xù)保持導通，所以T4也導通，從而MOSFET被牢靠開通。當輸入信號為低電平（off）時，T1截止，脈沖變壓器輸出負脈沖，所以T2、T3、T4都相繼截止。這時因T5的放射極上有MOSFET的輸入電容電壓，而T5的基極經(jīng)R4加有負脈沖，所以T5馬上導通，從而使功率MOSFET關斷。 IGBT柵控電路的基本要求 對IGBT柵控電路的基本要求可以歸納為下列幾點： 1供應肯定的正向和反向驅(qū)動電壓，使IGBT能牢靠地開通和關斷。 2供應足夠大的瞬時驅(qū)動功率或瞬時驅(qū)動電流，使IGBT能準時快速地建立柵控電場而導通。 3具有盡可能小的輸入、輸出延遲時間，以提高工作頻率。 4足夠高的輸入

4、輸出電氣隔離性能，使信號電路與柵極驅(qū)動電路絕緣。 5具有靈敏的過電流愛護力量。 IGBT器件與MOSFET器件一樣，也是場控型器件，輸入阻抗很高，但對于大功率IGBT，由于有相當大的輸入電容，所以柵控電路應有足夠大的正向電壓和輸出力量。柵極負偏壓對IGBT的關斷特性影響不大，但對于用在驅(qū)動電動機的逆變器電路中，為了使IGBT能穩(wěn)定牢靠地工作，還需要負偏壓。同時柵極負偏壓還能夠防止IGBT在過大的dv/dt下發(fā)生誤觸發(fā)。 IGBT柵控電路中的柵極電阻RG對它的工作性能影響較大，取較大的RG，對抑制IGBT的電流上升率及降低元件上的電壓上升率都有好處。但若RG過大，就會過分延長IGBT的開關時間，

5、使開關損耗加大，這對高頻的應用場合是很不利的。而過小的RG會使di/dt太大而引起IGBT的不正?；驌p壞，所以正確選擇RG的原則是應在開關損耗不太大的狀況下，選擇略大的RG。RG的詳細數(shù)值還與柵控電路的詳細結(jié)構(gòu)形式及IGBT的電壓、電流大小有關，大致在數(shù)歐姆到數(shù)十歐姆左右。 為了使柵極驅(qū)動電路與信號電路隔離，應采納抗噪音力量強、信號傳輸時間短的光耦合器件。另外，IGBT的門極與放射極之間的引線應盡量短，并且這兩根引線應當絞合后使用，以削減柵極電感和干擾信號的進入。 IGBT集成驅(qū)動電路 集成化模塊構(gòu)成的IGBT柵控電路因其性能牢靠、使用便利，從而得到了普遍應用，也是驅(qū)動電路的進展方向。 各大公

6、司均有不同系列的IGBT驅(qū)動模塊，其基本功能類似，各項掌握性能也在不斷提高。 例如富士公司的EXB系列驅(qū)動模塊內(nèi)部帶有光耦合器件和過電流愛護電路，它的功能如圖3所示。 圖3 EXB系列驅(qū)動模塊與IGBT之間的外部接口電路如圖4所示。驅(qū)動信號經(jīng)過外接晶體管的放大，由管腳14和管腳15輸入模塊。過電流愛護信號由測量反映元件電流大小的通態(tài)電壓vCE 得出，再經(jīng)過外接的光耦器件輸出，過電流時使IGBT馬上關斷。二只33uF的外接電容器用于汲取因電源接線所引起的供電電壓的變化。管腳1和管腳3的引線分別接到IGBT的放射極E和門極G，引線要盡量短，并且應采納絞合線，以削減對柵極信號得到干擾。圖中D為快速恢復二極管。 圖4 由于IGBT在發(fā)生短路后是不允許過快地關斷，由于此時短路電流已相當大，假如馬上過快關斷會造成很大的di/dt，這在線路分布電感的作用下會在IGBT上產(chǎn)生過高的沖擊